典型零件的数控加工工艺编制及仿真加工中心学士学位论文.doc
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1、毕业设计说明书典型零件的数控加工工艺编制及仿真加工班 级 数控091班 专 业 数控专业 系 部 机电工程学院 完成时间2012年2月20日至2012年3月26日目录引言第一章 加工中心概述11.1加工中心的分类及结构组成11.2加工中心的加工工艺特点4第二章 零件加工工艺分析 72.1零件图工艺分析 72.2选择设备及刀具 82.3确定零件的定位基准和装夹方式 82.4确定加工路线 82.5确定切削参数 92.6确定编程原点、编程坐标系、对刀位置及对刀方法102.7编制刀具卡片和工序卡片10第三章 零件的仿真加工 143.1数控程序的调试及仿真加工143.2仿真结果分析25结束语26参考文献
2、27附录引 言大家都知道，数控加工是目前的一门新的专业，热门专业，正在高速发展， 数控加工程序是有多道复杂的程序组成的，这就为我们学习带来不便，为了使 学习更方便，使用更加有条理，我编写了这份典型加工中心铣削编程与操作设 计，希望为大家的工作、学习带来方便。 我的这份毕业设计包括设计任务书、摘要、前言、设计说明书等多个部分。 设计的主要是内容是对我们机械类加工日常加工中常见的工件取其中的一典型零件进行系统的编程与操作设计，从数控加工前应做的准备开始到数控加工工艺分析、数控刀具及其选择、工件装夹方式与数控加工夹具的选择、程序编制中的数值计算、数控加工程序的编制、数控车削加工、NC 加工、数控加工
3、中心编程及自动编程技术等内容等数控加工时应注意的问题做了一一的说明。其中数控机床我们现在用的是西门子系统的，包括编程语言到是西门子系统的。由于水平有限，自己对设计的完成还不是很完善，有不足之处，希望老师多多指教。- 27 -第一章 加工中心概述1.1加工中心的分类及结构组成（1）加工中心的分类加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。如图所示，图1.1 卧式加工中心图1.2 立式加工中心主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。按加工中心立柱的
4、数量分；有单柱式和双柱式(龙门式)。图1.3 龙门加工中心按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。按工作台的数量和功能分：有单工作台加工中心、双工作台加工中心，和多工作台加工中心。按加工精度分：有普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心，分辨率为1m，最大进给速度1525mmin，定位精度l0m左右。高精度加工中心、分辨率为0.1m，最大进给速度为15100mmin，定位精度为2m左右。介于2l0m之间的，以
5、5m较多，可称精密级。（2）加工中心的结构组成加工中心自问世至今已有30多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成。图1.4 立式加工中心的外形结构基础部件。它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。主轴部件。由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。数控系统。
6、加工小心的数控部分是由cNc装置，可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。自动换刀系统。由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。辅助装置。包括涡滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。1.2加工中心的加工工艺特点数控加工柔性好，自动化程度高，特别适宜加工轮廓形状复杂的曲线，曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的复杂箱体，棱体零件，在多品种、小批
7、量生产情况下，使用数控机床加工能获得较高的经济效益。 数控加工工艺问题的处理与普通加工基本相同，但又有其特点。因此，在设计零件的数控加工工艺时，既要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，又要考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。 （1）零件装夹方法的确与夹具选择，数控机床上被加工零件的装夹方法与一般机床上一样，也要合理选择定位基准和夹紧方案。在选择精基准时，也要遵循“基准统一”和“基准重合”等原则，除此之外，还应考虑一几点： 1) 听尽量在一次定位夹紧中完成所有能加工的各表面的加工，为此要选择便于各个表面都可被加工的定位方式。如对箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，带工
8、件夹紧后将导向元件拆去的定位方式。 2） 对于工件一次装夹可完成工件上各个表面的加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求要高一些。 3） 对于加工中心，工件在工作台上的安放位置的确定要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。如进行单工位单面加工，应将工件靠工作台一侧放置在工作台的正中位置。这样可减少刀杆伸出长度，提高具刚度。 4） 数控加工中使用的夹具，其结构大多比较简单，并应尽可能选用由通用元件拼装的组合可调节夹具，以缩短生产准备周期。为了简化定位、编程和对刀，保证工件能在正确的位置上按程序加工，必须协调工件、夹具与机床坐标系之间的尺寸关系。 （2）加
9、工顺序的安排，除了因按照“先面后孔”“先粗后精”等基本原则安排加工顺序外，还应注意遵循以下原则： 1） 为了件少换刀次数和时间，通常应按刀具集中工序。即在一次装夹中，用同一把刀具加工完工件上所有需要压该刀具加工的各个部位后，在换下一把刀具进行加工。对于加工中心，若换刀时间较工作台转位时间，则应采用相同工位集中加工完毕所有可以加工的待加工表面，然后在转动工作台去加工其他表面。 2） 对于同轴度要求很高的孔系，应在一次定位后（同一工位下），通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该孔系的全部孔后，在加工其他坐标位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度。 （3）对刀点和换刀点的确定，对刀点是数控
10、加工时刀具相对于工件运动的起点。由于程序也是从这一点开始执行，所以对刀点也称作程序起点或起刀点。编程时应首先考虑对刀点位置的选择。 加工精度要求不高时，可直接用工件上或夹具上的某些表面作对刀面；加工精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的零件，取孔的轴心作为对刀点就比较合适。 对刀点必须与工件的定位基准有一定坐标关系，这样才能确定机床标系与工件坐标系之间的关系。对刀点的选择应便于坐标值的计算，并使对刀方便。 对刀时，应是使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，对于平底立铣刀是指刀具轴线与刀具底面的交点；对于球头铣刀是指球头部分的球心；对于车刀是指刀尖；对于钻头是指钻尖
11、；对于线电极切割机床，则是指线电极轴心与零件面的焦点。 加工过程中需换刀时，应规定换刀点，换刀点的位置应根据换刀时不得碰伤工件、夹具以及机床的原则而设定。（4）刀具进给路线的规划，进给路线是指数控加工过程中刀具（刀位点）想对于被加工零件的运动轨迹，规划进给路线时应遵循的原则是： 1） 保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量。 2） 使数值计算工作简单。 3） 使进给路线最短。 铣削平面零件轮廓时，一般采用立铣刀的侧刃切削，为了保证工件的外形光滑，铣刀的切入和切出点应沿零件周边外延布置如果铣刀沿零件轮廓法想直接切如零件，将在零件外形上留下明显刀痕。铣削平面零件内槽的封闭轮廓时，切入切出不能有
12、外延部分。这时可沿零件轮廓的法线切入或切出，可能时其切入和切出点做好选在零件轮廓两几何元素的交点处。 轮廓加工中应避免进给停顿，因为加工过程中，工件、刀具、夹具以及机床等都有少量的弹性变形，进给停顿会使切削力减小，刀具将在工件表面留下凹痕。 对于孔的位置精度要求高的零件，在精镗孔系时，安排镗孔路线一定要注意做到各孔的定位方向一致，避免反向间隙的影响。（5）刀具选择，数控加工台时费用高，为提高效益，数控加工对刀具提出了更高要求，不仅要刚性好，精度高，而且要尺寸稳定、耐用度高。调整方便。因此凡加工情况允许选用硬质合金刀具时，就不应选用高速钢具刀。应尽量选用可转位刀片以减少刀具磨损后的更换和预调时间
13、，选用涂层刀具以提高耐磨性。精密镗孔应选用性能更好更耐磨的金刚石和立方氧化硼刀具。 数控加工一般不采用钻模，钻孔刚度差，因此钻孔前应选用大直径钻头或中心先锪一个被锥坑或钻一中心孔，作为钻头切入时的定心锥面，然后在用钻头钻孔。 铰孔采用浮动铰刀，铰前孔口要倒角，铰刀两刀刃对称度要控制在0.020.05mm之内。 由于镗孔是悬臂加工，为平衡径向力，减轻镗削振动，应采用对称的两刃或多刃镗刀头进行切削。精镗应采用微调镗刀。 （6）切削用量的确定，数控加工的切削用量选择原则与普通加工相同。由金属切削原理可知，在选择切削用量时，应首先采用最大的切削深度，再选用大的进给量，然后根据确定的刀具耐用度选择切削速
14、度。对于数控加工，刀具耐用度至少应大雨加工完一个零件，或最少不低于半个工作班。 在轮廓加工中，应注意克服由于惯性或伺服系统的随动误差而造成轮廓拐角处的“超程”或“欠程”现象。为此，要选择变化的进给量，即在接近拐角处应适当降低进给量，过拐角后在逐渐升高，以保证加工精度。 （7）程编误差及其控制，程序编制中的误差由逼近误差、插补误差和尺寸圆整误差三部分组成。在点位数控加工中，编程误差只包含尺寸圆整误差，在轮廓加工中，程编误差主要是插补误差，尺寸圆整误差所占的比例较小。 一般应控制尺寸圆整误差不超过脉冲当量的一半。减小插补误差的最简单方法是密化补点，但这会增加程序段数目，增加计算、编程工作量、通常程
15、编误差应小于零件公碴的10%20%。第二章 零件加工工艺分析2.1零件图工艺分析（1）审查图纸。该工件图纸尺寸标注完整、正确、符合数控加工要求，加工部位清楚明确。（2）零件的结构工艺性分析。该零件材料为45号钢，毛胚为65*65*40mm，要求在数控加工中心上面铣削零件的6个平面，铣型腔，铣外轮廓，钻孔以及铰孔，工艺性好。（3）零件图纸技术要求分析 该零件要求加工部位的6个平面表面粗糙度Ra为1.6um，要求精度高。其余加工部件的表面粗糙度Ra为3.2um。对图纸上的一些数值进行如下处理，见下图： 图2.1 所要加工的零件尺寸改为如下图所示图2.2 处理后的尺寸（以上数值单位为：mm），要求很
16、高。2.2选择设备及刀具该工件需要加工的步骤比较多、车床需要有刀库，所以选用型号为 VUCL600的加工中心即能加工。根据工件的加工顺序，以及工件本身的特点，加工上下平面选用80mm的高速钢立铣刀，内槽选用10mm的高速钢立铣刀，外轮廓选用20mm的高速钢立铣刀。钻孔选用5mm的麻花钻头、6mm的直柄机用铰刀，钻大孔选用11mm的钻头、12mm的直柄机用铰刀2.3确定零件的定位基准和装夹方式根据该工件的加工顺序以及该工件本身的特点，选择螺栓压板组合和平口台虎钳两套夹具2.4确定加工路线起始点上图所示为工件上平面加工路线图2.3 工件键槽的走刀路线上图所示为工件内槽的加工路线2.5确定切削参数根
17、据上述加工工艺路线设计（1）该零件上平面有3.2125mm的加工余量，分为粗铣、半精铣和精铣三道工步。即粗铣时背吃刀量ap取2.0mm，半精铣时背吃刀量ap取0.8mm，精铣时背吃刀量ap取0.2125mm。在根据表5-5和表5-4所提供的参考值，粗铣时vc取60m/min，每齿进给量fz选0.10mm/z，半精铣时vc取70m/min，每齿进给量fz选0.12mm/z，精铣时vc取85m/min，每齿进给量fz选0.06mm/z。（2）铣零件的前平面，即粗铣时背吃刀量ap取2.0mm，半精铣时背吃刀量ap取0.4mm，精铣时背吃刀量ap取0.2075mm。在根据表5-5和表5-4所提供的参考
18、值，粗铣时vc取60m/min，每齿进给量fz选0.10mm/z，半精铣时vc取70m/min，每齿进给量fz选0.12mm/z，精铣时vc取85m/min，每齿进给量fz选0.06mm/z。（3）铣零件后平面即粗铣时背吃刀量ap取2.0mm，半精铣时背吃刀量ap取0.4mm，精铣时背吃刀量ap取0.2075mm。在根据表5-5和表5-4所提供的参考值，粗铣时vc取60m/min，每齿进给量fz选0.10mm/z，半精铣时vc取70m/min，每齿进给量fz选0.12mm/z，精铣时vc取85m/min，每齿进给量fz选0.06mm/z。（4）铣外轮廓，即粗铣时背吃刀量ap取1.5mm，半精铣
19、时背吃刀量ap取0.7mm，精铣时背吃刀量ap取0.2075mm。在根据表5-5和表5-4所提供的参考值，粗铣时vc取60m/min，每齿进给量fz选0.10mm/z，半精铣时vc取70m/min，每齿进给量fz选0.12mm/z，精铣时vc取85m/min，每齿进给量fz选0.06mm/z。（5）铣型腔，该零件键槽的加工余量为13.975mm, 即粗铣时背吃刀量ap取3.0mm，半精铣时背吃刀量ap取1.76mm，精铣时背吃刀量ap取0.2125mm。在根据表5-5和表5-4所提供的参考值，粗铣时vc取60m/min，每齿进给量fz选0.10mm/z，半精铣时vc取70m/min，每齿进给量
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- 典型 零件 数控 加工 工艺 编制 仿真 中心 学士学位 论文
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